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大物实验论文
旋光效应
摘要：通过旋光仪利用光的偏振特性来测量旋光物质对振动转过角度来测量了溶液的溶度。并分析各因素对此实验的影响。 关键词：三分视场；旋光角；溶度
中图分类号O432 文献标识码A
一. 引言
1911年，阿喇果（D. F. JArago）发现，当线偏振光通过某些透明物质时，它的振动面将会绕光的传播方向转过一定的角度。这种现象就叫旋光效应，光的振动面转过的角度称为旋光度，使光的振动面产生旋转的物质叫做旋光物质（进一步地，迎着光的传播方向看，使光的振动面顺时针转动的物质叫右旋物质，反之则为左旋物质）。常见的旋光物质有：石英、朱砂、酒石酸、食糖溶液、松节油等。利用旋光仪可以测定这些物质的比重、纯度或浓度。
二. 实验原理及内容
2.1 实验原理
溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的旋光能力、溶液的性质、溶液浓度、样品管长度、温度及光的波长等有关。当其它条件均固定时，旋光度与溶液浓度C呈线性关系。如果已知待测物质浓度C和液柱长度，只要测出旋光度就可以计算出旋光率。如果已知液柱长度为固定值，可依次改变溶液的浓度C，就可测得相应旋光度。并作旋光度与浓度的关系直线，从直线斜率、长度及溶液浓度C，可计算出该物质的旋光率；同样，也可以测量旋光性溶液的旋光度，确定溶液的浓度C。
对于晶体一类的旋光物质，旋光度Q与光所透过的晶体厚度成正比；若为溶液，则正比于溶液在玻璃管中的长度L和溶液的浓度C： Q=αCL. （1）
式中的比例系数α称为旋光率，其含义为当L=10cm, c=1g/cm3时光振动方向转过的角度（对糖溶液而言，α与入射光波长λ及温度T有关，对某些物质还与物质的浓度有关）。实验采用钠灯作为光源，实验过程中通常温度变化很小，可以忽略。玻璃管长度L已知，转角Q需要测量出来，这样，根据已知浓度C即可算旋光率α，再根据已知的α即可测定未知糖溶液浓度C。
2.2 实验仪器
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其中，起偏镜4和检偏镜7由透明的尼科耳棱镜制成；钠黄光经聚光镜3和起偏镜4后成为与尼科耳棱镜透振方向平行的线偏振光。半影片5两侧是透明玻璃，中间为由石英制成的对钠黄光的λ/2波片，三者粘在一起形成平面圆片，以产生三分视场。于是，线偏振光分别经石英晶体和两侧玻璃后成为夹角为2θ（θ为λ/2波片的快轴与起偏镜透振方向之间的夹角）的两束线偏振光，如图3中P石英和P玻璃所示。在未放入糖溶液试管情况下，随着检偏器的转动，目镜中将看到的三分视场的变化如图3所示，
（a）：中部暗、两侧较亮，视场分界线清晰；（b）：三分视场的界线消失，全视场为很暗的黄色；（c）：中部较亮、两侧很暗，视场分界线清晰；（d）：三分视场的界线消失，整个视场呈亮黄色。
2.3 实验步骤
1. 在未放入待测物质时，转动度盘手轮，应将检偏器透光方向转向图3（b）中“P检”所示位置，即三分视场刚消失且整个视场变为较暗的黄色时，看度盘和游标是否在零线上；若不一致，应分别记录两边的初始值，作为零位误差。
2. 将糖溶液试管放入试管筒。此时，由半影片出射的两束线偏振光的夹角虽然仍为2θ，但通过糖溶液后它们的振动面都沿同一方向转过了相同的角度Q。于是转动检偏镜使视场再次回到图3（b）所示的状况，则检偏镜所转过的角度Q即为被测糖溶液的旋光度。每支试管各作三次测量（取平均），每次测量都须记录左右游标读数。
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3. 利用测得的旋光率α测量未知糖溶液浓度。将未知浓度的糖溶液试管放入旋光仪中，测旋光度三次取平均。
2.4 数据记录与处理
零位误差Q0： 左 0 右 0 试管长度L/dm 浓度c/1 读数Q/(?) 2 3 平均值旋光度/(?) Q=Q'比旋光度平均值???t? ???t? g?cm?3左 0.142 9.55 18.75 21.40 c 5.50 9.60 18.80 21.50 5.60 9.50 9.55 9.30 18.90 21.45 5.70 9.40 18.95 21.60 5.75 右 左 右 左 右 Q'/(?) 9.48 18.89 21.48 5.68 —Q0 9.48 18.89 21.48 5.68 66.76 66.51 68.76 C=0.042 67.34 1 2 2.2
18.95 19.00 21.40 21.55 5.75 5.80 g?cm?3 按公式计算旋光度
???t??Q3?1?1?[(?)?cm?dm?g] Lc按公式计算未知糖溶液浓度c?Q???t?L?g?cm?3
三． 讨论与思考
1. 本实验用的糖溶液是何种旋光物质？
右旋物质：迎着光的传播方向看，使光的振动面顺时针转动的物质。在调节转动手轮时，我们是顺
时针转动的，由此可见光的振动面也是顺时针转动的。
2. 在旋光度的测量中为什么要对零点进行校正？可否用蒸馏水来进行校正？ 旋光仪的零点校正可以保证仪器的精准性，可以让我们清晰地了解糖溶液在何时旋光性降为0，
在实验中我们用蒸馏水来测定旋光仪的零点校正，这是因为蒸馏水是没有旋光性的，以蒸馏水的旋光度作为0点就能够知道蔗糖在何时旋光度降至零。
3. 为什么要选择亮度相等的暗视场进行读数？
由于人眼判断两个区域的暗度是否相同比判断亮度是否相同要灵敏得多。